Differentially private federated learning (DP-FL) suffers from slow convergence under tight privacy budgets due to the overwhelming noise introduced to preserve privacy. While adaptive optimizers can accelerate convergence, existing second-order methods such as DP-FedNew require O(d^2) memory at each client to maintain local feature covariance matrices, making them impractical for high-dimensional models. We propose DP-FedSOFIM, a server-side second-order optimization framework that leverages the Fisher Information Matrix (FIM) as a natural gradient preconditioner while requiring only O(d) memory per client. By employing the Sherman-Morrison formula for efficient matrix inversion, DP-FedSOFIM achieves O(d) computational complexity per round while maintaining the convergence benefits of second-order methods. Our analysis proves that the server-side preconditioning preserves (epsilon, delta)-differential privacy through the post-processing theorem. Empirical evaluation on CIFAR-10 demonstrates that DP-FedSOFIM achieves superior test accuracy compared to first-order baselines across multiple privacy regimes.


翻译:差分隐私联邦学习(DP-FL)在严格的隐私预算下,由于为保护隐私而引入的过量噪声,存在收敛速度缓慢的问题。虽然自适应优化器可以加速收敛,但现有的二阶方法(如DP-FedNew)要求每个客户端维护局部特征协方差矩阵,需要O(d^2)的内存开销,这使得它们对于高维模型而言不切实际。我们提出了DP-FedSOFIM,一种服务器端的二阶优化框架,它利用费舍尔信息矩阵(FIM)作为自然梯度预处理器,同时每个客户端仅需O(d)的内存。通过采用Sherman-Morrison公式进行高效的矩阵求逆,DP-FedSOFIM在每轮计算中实现了O(d)的计算复杂度,同时保持了二阶方法的收敛优势。我们的分析证明,通过后处理定理,服务器端的预处理操作保持了(ε, δ)-差分隐私。在CIFAR-10数据集上的实证评估表明,与多种隐私机制下的一阶基线方法相比,DP-FedSOFIM取得了更优的测试精度。

0
下载
关闭预览

相关内容

【剑桥大学博士论文】联邦学习效率原则研究
专知会员服务
13+阅读 · 2025年9月6日
【斯坦福博士论文】有效的差分隐私深度学习,153页pdf
专知会员服务
19+阅读 · 2024年7月10日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
专知会员服务
41+阅读 · 2020年12月1日
联邦学习安全与隐私保护研究综述
专知
12+阅读 · 2020年8月7日
深度学习中的五大正则化方法和七大优化策略
全球人工智能
11+阅读 · 2017年12月25日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关VIP内容
【剑桥大学博士论文】联邦学习效率原则研究
专知会员服务
13+阅读 · 2025年9月6日
【斯坦福博士论文】有效的差分隐私深度学习,153页pdf
专知会员服务
19+阅读 · 2024年7月10日
最新《联邦学习Federated Learning》报告,Federated Learning
专知会员服务
92+阅读 · 2020年12月2日
专知会员服务
41+阅读 · 2020年12月1日
相关基金
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员